Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Mashayekhi,Saeed ZeiaeiRad
محمد مشایخی (استاد راهنما) سعید ضیائی راد (استاد مشاور)
 
STUDENT
Reza Pourmodheji
رضا پورمدحجی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Continuum Damage Mechanics Analysis using Extended Finite Element Method
Finite element method (FEM), one of the most practical numerical methods in mechanical engineering problems, has some limitations to model crack growth within the fracture mechanic analysis. In spite of all achievements, the continuum basis of FEM has remained as a source of relative disadvantage for discontinuous fracture mechanics. High dependency of crack to finite element mesh, re-meshing requirement and need to singular element in particular cases are some defects of FEM in modeling crack growth. In recent years, the Extended Finite Element Method, XFEM, based on mesh-based partition of unity method has emerged as an efficient numerical method to model discontinuities specially crack as a strong discontinuity in fracture mechanic analysis. In the XFEM, extrinsic enrichment of displacement field is applied to extend the standard displacement based approximation space which leads to improve the accuracy of discontinuous problems. The idea is to embedding discontinuous functions in FE approximation through the partition of unity concept. Therefore, the crack path is independent of finite element mesh and as a result, no re-meshing or utilizing singular elements is needed. It is now well known that the applicability of the J -based single parameter fracture mechanics is restricted to high constraint crack geometries and materials of low ductility. For highly ductile materials, the fracture process zone is large and the crack tip fields are no longer adequately characterized by the J -integral alone. Micro-mechanically based damage models, which simulate the physical process of void nucleation, growth and coalescence using continuum mechanics equations, are among the most promising methods to investigate fracture behavior in ductile materials. The advantage of a micromechanical damage model, compared with conventional fracture mechanics, is that, in general, the model parameters are only material dependent, and not geometry dependent. The damage model allows damage assessments at every point of a structure for any geometry or loading, as long as the damage mechanisms and stress/strain fields are known. The development of micro-structural damage in engineering materials can be effectively modeled using continuum damage mechanics (CDM). In this work, XFEM is used to model crack growth in fracture mechanic problems. After the comprehensive research on crack growth problems using XFEM, Lemaitre elastic-plastic damage model, one of most efficient continuum damage models, replaces with justify. Keywords Ductile crack growth; Extended Finite Element Method; Continuum Damage Mechanics.
محدودیت های روش اجزای محدود در بررسی رشد ترک در حوزه ی مکانیک شکست، از جمله وابستگی شدید ترک به شبکه ی اجزای محدود، شبکه بندی مجدد و در موارد خاص استفاده از المان های تکینه، دشواری هایی را به همراه دارد. امروزه روش اجزای محدود توسعه یافته،به عنوان روشی نوین، یکی از کارآترین روش ها در شبیه سازی رشد ترک است. استقلال ترک از شبکه، عدم نیاز به شبکه بندی مجدد و المان های تکینه از مزایای بارز این روش است. در تحقیق حاضر به بررسی این روش در مدل سازی ناپیوستگی ها و چگونگی مدل سازی رشد ترک در حوزه ی مکانیک شکست پرداخته می شود. بررسی رفتار شکست حاکم بر فلزات نرم بر اساس مکانیک شکست کلاسیک، با محدودیت هایی همراه است. وابستگی شدید به هندسه ی ترک و عدم توانایی در ارزیابی شکست مواد با قابلیت شکل پذیری بالا از جمله ی این دشواری ها است. مدل های مکانیک آسیب از جمله مدل هایی بر مبنای مکانیک آسیب پیوسته،از مناسب ترین روش ها در ارزیابی رفتار شکست در مواد نرم به شمار می آید. در این پایان نامه، پس از بررسی شبیه سازی رشد ترک به کمک روش اجزای محدود توسعه یافته، مکانیک آسیب جایگزین مکانیک شکست کلاسیک در بررسی رفتار شکست مواد نرم می شود. این ایده با ارایه ی الگوریتمی برای شبیه سازی رشد ترک پیاده سازی می شود. با این الگوریتم پلی بین مکانیک آسیب پیوسته و شکست مواد ایجاد می شود. توانایی های این روش با نتایج تجربی، مورد راستی آزمایی قرار می گیرد. شبیه سازی رشد ترک در آزمون خمش سه نقطه ای برای فولاد A533B-C1 و تطابق با نتایج تجربی، توانایی های الگوریتم را به صورت برجسته نشان می دهد. در این مسئله مقدار پارامتر بحرانی انتگرال برای این ماده مشخص می شود و با نتایج تجربی مورد ارزیابی قرار می گیرد. در آزمون دیگر، شبیه سازی برای آزمایش کشش فشرده بر روی فولاد انجام می شود و نتایج بدست آمده مورد ارزیابی قرار می گیرد.کلمات کلیدی: رشد ترک نرم؛ روش اجزای محدود توسعه یافته؛ مکانیک آسیب

ارتقاء امنیت وب با وف بومی